刘子贤:电路与人生路

(Pixabay图片)
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当电压提高时,白炽灯的电阻也会因温度的提升而随之升高,最后钨丝烧断了,灯泡也熄灭了。这好似有些人朝向成功的信念坚强了,生命开始“发光发热”了,但因贪心、妒忌、嗔怒、愚痴等负面心理作祟,最终身败名裂,遗臭万年。

近来,为了要在到象牙塔修读电气电子工程本科前做准备,我让自己遨游在广阔的网络和书籍大海中,寻觅电气与电子基础知识的宝藏。不料除了这个宝藏,我还有一份意外收获——对漫漫人生路的感悟。

先说说最简单的欧姆定律(Ohm’s Law),V=IR。人生路,坎坎坷坷磕磕绊绊跌跌撞撞,有着种种障碍,就好比电路中的电阻(resistance, R)。要让电流(current, I)穿梭电阻,必须有电压(voltage, V)。我们勇往直前、努力不懈地活下去,乃至达到成功的彼岸的信念,不就像电压吗?电压愈大,才能让电流穿过愈大的电阻;信念愈大,才能让我们有动力越过愈大的困境。

电阻定律的公式为R=ρL/S。人生中挫折有大有小,有天灾人祸的损害,也有鸡毛蒜皮的烦恼,原因都不相同;有长有短,有长期的煎熬和折磨,有短暂的痛苦和不满,长度皆不一样。同样地,电阻的大小也取决于其材料的电阻率(resistivity, ρ)和其长度(L)。当人生中的挑战来袭时,能助我们减低挑战的难度有知识、技能、社交网络等,就如电阻的横截面积(S)。

无论是电阻的材料和长度,抑或挫折的大小长短,都非我们可轻易控制的。唯有横截面积是我们能掌控的。但是,太大的横截面积可能会占用太多空间,而太多的知识、技能、社交网络等会花费我们很多精力和时间。因此,知识和技能,要求精不求博,要求专不求杂,而无谓的社交须避免。

串联(series)电路是一人的人生路,并联(parallel)电路是多人的人生路。把三个xΩ的电阻串联,电阻总值为3xΩ。把它们并联的电阻总值则为(x/3)Ω,变少了。众人一起分担各种困难,困难便会更容易被克服。团结就是力量!

人多固然好办事,可是,倘若人们不好好合作、协商,甚至自私自利、损人利己,便会产生现实中的各类社会问题、道德冲突。

相信在学习直流电(direct current, DC)和交流电(alternating current, AC)时,人们都会对爱迪生和特斯拉的电流大战略有耳闻。1880年晚期,特斯拉发明了交流电,解决了直流电不容易转换成更高或更低电压的问题。为了不失去他从直流电专利中获得的版税,爱迪生竟举办诋毁交流电的运动。他散布谣言,声称交流电更危险,甚至公开用交流电电击流浪动物来证明他的观点,却被特斯拉成功辟谣。爱迪生、特斯拉,同被誉为伟大的发明家,爱迪生因贪婪而引起争议。这值得我们深思。

爱迪生众多发明中,最知名的,亦最具争议的莫过于灯泡,即白炽灯。白炽灯是非线性元件(non-linear element),不满足欧姆定律。当电压提高时,白炽灯的电阻也会因温度的提升而随之升高,最后钨丝烧断了,灯泡也熄灭了。这好似有些人朝向成功的信念坚强了,生命开始“发光发热”了,但因贪心、妒忌、嗔怒、愚痴等负面心理作祟,最终身败名裂,遗臭万年。

该怎么避免这种有争议的人生呢?我想,应该像发光二级管(Light Emitting Diode, LED)那样,少“发热”,多“发光”。

LED,比白炽灯高效节能环保的光源,早在1962年被发明了。然而,在往后三十余年,蓝光LED一直都没有被发明。这意味我们无法将已被发明的红光和绿光,与蓝光结合,产生白光LED。

1992年,和拥有许多资源,得到很多帮助下发明白炽灯的爱迪生相比,独自在一家默默无闻的小日本公司工作的中村修二,正积极地研发蓝光LED。

LED是种二级管(diode),仅允许电流作单方向传导,坚守己道、恪守信念,像极了尽管遭到公司新社长的反对,还是不为所动的中村。半导体(semiconductor)二极管在电压为正向偏置(forward bias)时,电子(electrons)从N型半导体一端,流向P型半导体一端,使耗尽层(depletion layer)变窄,不就像渔村出生,连博士学位都尚未取得,从零经费开始,靠着从回收站搜集废旧物来搭建实验装置,凭着正向的信念突破难关的中村吗?电子和空穴(holes)结合,释放大量的光能,俨然历经多重磨难后,中村终于在1996年发明了蓝光LED,成功推动了这场照明领域伟大的革命,轰动全世界,造福全人类。2014年中村修二获得诺贝尔物理学奖。

你我都明白,中村教授有今时今日的成就,并非一朝一日所达成,而是通过日积月累的辛勤努力所获得。自我反省:我这个即将迈入大学生涯,一无所有、乳臭未干的小子,人生目标不是很确定,唯渴望将来有所成就,对社会有所贡献。难道想成功,要先发疯吗?

发疯,这个词太模糊了,依我的定义,理应为对未来有所准备。怎么说呢?对未来有所准备的人,方能毫无畏惧;毫无畏惧的人,才真发疯。

电学勇士富兰克林说过:“没有准备的人,就是在准备失败。”

我要在我的电路中安插抵抗电压变化的电容器(capacitor),以及抵抗电流变化的电感器(inductor)!不论是做足坚定信念的准备,或者对为赋予人生意义的准备,都是通往成功的登山阶梯、过河船舟。

怠惰时,莫忘提醒自己:1秒内有6.24 x 10^18个电子通过为1安培(1A),1秒内有一百万个细胞在人体里死去。生命变幻无常,我们怎能不好好准备呢?

但准备充足了,还要面对人生中各种选择。选择,宛如进入双极性晶体管(bipolar transistor)的基极(Base)的电流。稍微的变动,可大幅度地改变从集电极(Collector)进入,发射极(Emitter)出来的电流。假使调整错误,轻则破坏晶体管,重则导致电线短路,引发火灾。故被迫做出正确选择的我们难免会压力山大,陷入迷茫和不安,对人生不知所措。

复杂的电路,可以用戴维南定理(Thevenin’s theorem)和诺顿定理(Norton’s theorem)简化。复杂的人生路,又该如何活得更简单呢?

基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s Current Law)表明,假设进入某节点的电流为正值,离开这节点的电流为负值,则所有涉及这节点的电流的代数和等于零。基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s Voltage Law)表明,沿着闭合回路所有元件两端的电势差(potential difference)的代数和等于零。其实,漫漫人生路,不啻终归于空,毕竟等于零,且当体即空。并不是说人生没有意义,而是要把握当下奋斗,谨慎计算好人生路。希望少“发热”,多“发光”,但电路中的电阻、电容、电感……都别太执着。

人生,如电,应作如是观!

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